CN110224159B - 燃料电池系统、具备其的移动体、及其风速导出方法 - Google Patents

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Abstract

燃料电池系统具备：流量传感器，其在燃料电池发电时，能够测定经由压缩机而被导入氧化气体供给流路的空气的实际流量；以及风速导出部，其在压缩机停止时，在空气经由压缩机与旁通流路而从氧化气体供给流路向氧化气体排出流路流动的状态下，取得流量传感器测定出的空气的实际流量，从而导出燃料电池系统接受的风的实际风速。

Description

燃料电池系统、具备其的移动体、及其风速导出方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统、具备燃料电池系统的移动体、以及燃料电池系统的风速导出方法。
背景技术
作为在燃料电池系统中进行的控制，公知有测定作为燃料电池系统所含的配管的对象配管的温度或者外部空气温度，通过测定出的温度与阈值的比较，判断有无需要进行对象配管中的防冻结操作的控制(例如，参照日本特开2007－157432)。
在这样的控制中，在直接测定对象配管的温度的情况下，能够抑制因风使配管温度产生变化而使控制受到影响的情况。然而，由于需要在每个对象配管设置温度传感器，所以存在部件件数和成本上升而难以采用的情况。与此相对，在为了求得对象配管的温度而测定外部空气温度的情况下，无需在配管特意设置温度传感器，但配管温度可能因风的影响而产生变化，因此存在配管的温度检测精度变得不充分的可能性。温度检测精度因这样的风而降低的问题虽能够通过测定风速而消除，但风速传感器的设置可能导致燃料电池系统的构造的复杂化和成本的上升，因此存在难以采用的情况。因此，期望能够检测燃料电池系统接受的风的风速而不使构造复杂化的技术。
发明内容
本发明的第1方式具备：燃料电池；氧化气体供给流路，其与所述燃料电池连接，流动有向所述燃料电池供给的空气；氧化气体排出流路，其与所述燃料电池连接，流动有从所述燃料电池排出的氧化废气；压缩机，其设置于所述氧化气体供给流路，构成为向所述燃料电池排出空气，在所述压缩机停止时，经由所述压缩机连通所述氧化气体供给流路的上游侧与下游侧，所述上游侧位于所述压缩机的上游，所述下游侧位于所述压缩机的下游；旁通流路，其连接所述氧化气体供给流路中的比配置有所述压缩机的位置靠下游的部位与所述氧化气体排出流路；流量传感器，其构成为：在所述燃料电池发电时，测定经由所述压缩机而被导入所述氧化气体供给流路的空气的实际流量；以及风速导出部，其构成为：在所述压缩机停止时，在空气经由所述压缩机和所述旁通流路而从所述氧化气体供给流路向所述氧化气体排出流路流动的状态下，取得所述测定出的所述空气的实际流量，从而导出所述燃料电池系统接受的风的实际风速。根据该形态的燃料电池系统，在压缩机停止时，求得经由压缩机与旁通流路而从氧化气体供给流路向氧化气体排出流路流动的空气的测定出的实际流量，从而能够求得燃料电池系统接受的风的实际风速。因此，能够不设置特别的风速传感器且不使构造复杂化而求得燃料电池系统接受的风的实际风速。
第1方式的燃料电池系统也可以具备存储部，其预先存储有在所述压缩机停止时经由所述压缩机与所述旁通流路而从所述氧化气体供给流路向所述氧化气体排出流路流动的空气的流量与所述燃料电池系统接受的风的风速之间的关系。所述风速导出部可以构成为：使用所述取得的所述空气的流量与所述存储的关系，导出所述燃料电池系统接受的风的实际风速。根据这样的结构的燃料电池系统，能够更加提高导出燃料电池系统接受的风的实际风速的精度。
第1方式的燃料电池系统也可以进一步具备：温度导出部，其构成为使用所述被导出的实际风速来导出构成所述燃料电池系统的构成部的温度；以及滞留抑制部，其构成为使用所述构成部的所述被导出的温度来执行抑制所述构成部中的液态水的滞留的处理。根据这样的结构的燃料电池系统，能够不使构造复杂化而高精度地导出构成部的温度，并且能够适当地执行抑制构成部的液态水的滞留的处理。
在上述形态的燃料电池系统中，上述压缩机也可以为涡轮压缩机。根据这样的形态的燃料电池系统，能够在压缩机停止时，容易地经由压缩机将连接于压缩机的氧化气体供给流路的上游侧与下游侧连通。
第1方式的燃料电池系统也可以进一步具备：旁通阀，其设置于所述旁通流路；隔断阀，其在所述氧化气体供给流路中，设置在比连接于所述旁通流路的连接部靠下游的位置；以及流路控制部，其构成为：在所述风速导出部对所述实际风速进行导出时，使所述隔断阀闭阀，隔断空气向所述燃料电池的流入，并且使所述旁通阀开阀，以使得所述空气在所述旁通流路中流动。根据这样的形态的燃料电池系统，能够在压缩机停止时，抑制燃料电池内的氧化气体的流路中的压力损失的影响，并导出燃料电池系统接受的风的风速。
本发明的第2方式涉及具备上述第1方式的燃料电池系统的移动体。上述移动体也可以是燃料电池车辆。上述燃料电池系统也可以配置于上述燃料电池车辆的前车厢内。
本发明的第3方式涉及具备燃料电池的燃料电池系统的风速导出方法。上述风速导出方法在用于对所述燃料电池供给作为氧化气体的空气的压缩机停止时，使在所述压缩机流动的空气的至少一部分以绕过所述燃料电池的方式流动，并且对在所述压缩机流动的空气的实际流量进行测定，并且使用预先存储于存储部的、所述压缩机停止时的在所述压缩机流动的空气的流量与所述燃料电池系统接受的风的风速之间的关系、以及测定出的所述空气的实际流量，来导出所述燃料电池系统接受的风的实际风速。
本发明能够以上述以外的各种形态实现，例如，能够以构成燃料电池系统的构成部的温度导出方法等的方式实现。
附图说明
根据以下参照附图对实施例进行的详细说明可了解本发明的上述以及更多的特点和优点，在附图中，对相同的元素标注相同的附图标记。
图1是表示燃料电池系统的简要结构的说明图。
图2是表示空气压缩机的简要结构的剖视示意图。
图3是表示系统停止时风速导出处理程序的流程图。
图4是表示空气流量计的检测值与风速的关系的说明图。
图5是表示系统起动时风速导出处理程序的流程图。
图6是表示液态水滞留抑制处理程序的流程图。
具体实施方式
A.燃料电池系统的结构：
图1是示意性表示作为本发明的第1实施方式的燃料电池系统100的简要结构的说明图。本实施方式的燃料电池系统100搭载于电动汽车而用作驱动用电源。本实施方式的燃料电池系统100具备：燃料电池20、燃料气体系统50、氧化气体系统30、制冷剂系统70、和控制部80。
燃料电池20具有层叠有多个单电池的堆叠结构，接受含有氢气的燃料气体与含有氧的氧化气体的供给来进行发电。本实施方式的燃料电池20是固体高分子型燃料电池。在构成燃料电池20的各单电池中，将电解质膜夹在中间，在阳极侧形成有供燃料气体流动的流路(阳极侧流路)，在阴极侧形成有供氧化气体流动的流路(阴极侧流路)。另外，在燃料电池20的内部形成有供用于冷却燃料电池20的制冷剂流动的制冷剂流路。此外，作为燃料电池20，不局限于固体高分子型燃料电池，也可以采用固体氧化物型燃料电池等其他种类的燃料电池。
燃料气体系统50具备：氢罐52、燃料气体供给流路51、燃料气体排出流路61、燃料气体循环流路63、主截止阀53、可变调压阀54、喷射器55、气液分离器62、和燃料气体泵64。氢罐52是储藏作为燃料气体的氢气的储藏装置。储藏于氢罐52的氢气在经过主截止阀53后，被可变调压阀54减压，经由喷射器55供给至连接于燃料电池20的电池内燃料气体流路的燃料气体供给流路51。将燃料气体供给流路51、燃料气体排出流路61、燃料气体循环流路63合并称为燃料气体流路。
燃料气体排出流路61是供从燃料电池20排出的燃料废气流动的流路。燃料气体循环流路63连接燃料气体排出流路61与燃料气体供给流路51的比喷射器55靠下游侧的部位，使燃料废气在燃料气体供给流路51进行再循环。即，从燃料电池20排出至燃料气体排出流路61的燃料废气经由燃料气体循环流路63，再次被导入燃料气体供给流路51。因此，在燃料电池系统100中，燃料气体通过发电而被消耗氢，并且在燃料气体排出流路61、燃料气体循环流路63、燃料气体供给流路51的一部分以及形成于燃料电池20内的燃料气体的流路中循环。在燃料气体循环流路63设置有产生用于使燃料废气流入燃料气体供给流路51的驱动力的燃料气体泵64。
在燃料气体排出流路61与燃料气体循环流路63的连接部设置有气液分离器62。在燃料废气中，除在发电中未被消耗的氢，还含有氮气、水蒸气等杂质。气液分离器62使水从包含氢和氮等的气体的燃料废气中分离。在气液分离器62连接有具备清除阀66的燃料气体释放流路65，使清除阀66开阀，由此从气液分离器62排出水与气体。
氧化气体系统30具备：空气净化器32、空气压缩机33、中冷器34、氧化气体供给流路31、氧化气体排出流路41、旁通流路37、外部空气温度传感器36、空气流量计95、压力传感器96、开闭阀44、调节阀43、旁通阀35、和消声器46。本实施方式的燃料电池系统100使用空气作为氧化气体。
在氧化气体供给流路31，从上游侧按顺序设置有空气净化器32、空气压缩机33、中冷器34、压力传感器96、开闭阀44。空气净化器32在氧化气体供给流路31的吸气口附近，将尘埃等异物从被导入氧化气体供给流路31的空气中去除。在空气净化器32的附近具备计测通过了空气净化器32的空气的流量的空气流量计95、和外部空气温度传感器36。空气流量计95在燃料电池20通常发电时，在进行用于对燃料电池20供给与要求发电量对应的量的空气的反馈控制时，用于测定实际供给至燃料电池20的空气量。空气压缩机33是压缩空气并经由氧化气体供给流路31，朝向燃料电池20的阴极侧流路排出空气的装置。中冷器34使因空气压缩机33的压缩而上升的空气的温度降低。压力传感器96检测在氧化气体供给流路31流动的空气的压力。开闭阀44是在氧化气体供给流路31中，能够隔断氧化气体向燃料电池20的供给的阀。开闭阀44也称为隔断阀。
氧化气体排出流路41是将从燃料电池20排出的氧化废气引导至燃料电池系统100的外部的流路。在氧化气体排出流路41，从上游侧按顺序设置有调节阀43与消声器46。调节调节阀43的开度，由此能够变更燃料电池20内的氧化气体的压力(背压)和流量。在氧化气体排出流路41中的比调节阀43靠下游的位置连接有已经叙述过的燃料气体释放流路65。在清除阀66开阀时，从气液分离器62排出的水与气体在氧化气体排出流路41中被氧化废气稀释，并排出至燃料电池系统100的外部。
旁通流路37是将氧化气体供给流路31中的比开闭阀44靠上游侧的位置与氧化气体排出流路41连接起来的流路。在旁通流路37设置有旁通阀35，使旁通阀35开阀，由此氧化气体能够在旁通流路37流通。旁通阀35也可以在燃料电池20发电时进行闭阀。或者，也可以将旁通阀35构成为能够根据开度变更流量的流量调整阀，在燃料电池20发电时，使空气压缩机33导入的空气的一部分在旁通流路37中流动。此外，在本实施方式中，在燃料电池20停止发电时，使旁通阀35暂时形成闭阀状态。
制冷剂系统70具备散热器72、制冷剂泵74、和制冷剂流路71。制冷剂流路71是将散热器72与燃料电池20内的制冷剂流路连接起来的流路，使制冷剂在散热器72与燃料电池20之间循环。散热器72具备散热器风扇73，对在制冷剂流路71内流动的制冷剂进行冷却。制冷剂泵74产生用于使制冷剂在制冷剂流路71内流动的驱动力。
控制部80由微型计算机构成，具有CPU、ROM、RAM、和输入输出端口。控制部80进行燃料电池系统100的发电控制，并且进行燃料电池车辆整体的控制。控制部80取得来自设置于燃料电池车辆的各部的传感器(包括设置于燃料电池系统100的各部的传感器、油门开度传感器、制动踏板传感器、换挡位置传感器、和车速传感器)的输出信号。然后，控制部80向燃料电池车辆的有关发电、行驶等的各部输出驱动信号。在本实施方式中，控制部80作为“流路控制部”、“风速导出部”、“温度导出部”、“滞留抑制部”和“升温控制部”而发挥功能。此外，发挥上述的功能的控制部80无需构成为单一的控制部。例如，也可以形成由涉及燃料电池系统100的动作的控制部、涉及燃料电池车辆的行驶的控制部、进行与行驶无关的车辆配件的控制的控制部等多个控制部构成，在上述多个控制部之间交换必要的信息。
在本实施方式中，构成燃料电池系统100的各构成部中的大部分在燃料电池车辆中配置于前车厢内。前车厢是在燃料电池车辆中设置于车室和仪表板的前方的空间。具体而言，除了氢罐52之外的燃料气体系统50的大部分、除了消声器46等的氧化气体排出流路41的下游侧之外的氧化气体系统30的大部分、和制冷剂系统70均配置于前车厢内。燃料电池系统100被车辆前方的外装板围起，并配置于车辆的引擎盖下。
此外，搭载本实施方式的燃料电池系统100的燃料电池车辆还具备未图示的2次电池来作为驱动用电源。燃料电池车辆也能够使用燃料电池20与2次电池双方作为驱动用电源进行行驶，另外，也能够仅使用燃料电池20与2次电池中的一方作为驱动用电源进行行驶。
B.空气压缩机的结构：
在本实施方式的燃料电池系统100中，使用空气压缩机33，求得燃料电池系统100接受的风的风速。在说明求得风速的动作之前，以下，对空气压缩机33的结构进行说明。
图2是表示空气压缩机33的简要结构的剖视示意图。空气压缩机33具备：轴120、安装于轴120的旋转体160、收纳旋转体160的旋转体收纳部170、驱动旋转体160的马达190、和收纳马达190的马达收纳部150。在本实施方式中，使用叶轮作为旋转体160，但也可以是不同的结构。马达190具备：螺线管110、转子130、和磁铁140。
马达收纳部150的一部分被油155充满。油155通过未图示的泵，在马达收纳部150内循环。另外，为了抑制油155从马达收纳部150向旋转体收纳部170渗出，空气压缩机33具备机械式密封件180，该机械式密封件180具有固定于马达收纳部150的固定环182和固定于轴120的旋转环184。上述的空气压缩机33是涡轮压缩机，具有如下特征，即：惯性力矩相对较小，因此响应性良好，从而与其他种类的空气压缩机相比，运转开始时的消耗电力较小，从而变更转速时的动作灵敏。在空气压缩机33停止时，成为与旋转体收纳部170连接的氧化气体供给流路31的上游侧部分、和与旋转体收纳部170连接的氧化气体供给流路31的下游侧部分通过旋转体收纳部170而连通的状态。
C.燃料电池车辆的停止时的风速的导出：
图3是表示在本实施方式的燃料电池车辆和燃料电池系统100为非起动状态(停止状态)时，在控制部80的CPU中被执行的系统停止时风速导出处理程序的流程图。本程序作为在燃料电池车辆和燃料电池系统100为停止状态时进行的唤醒处理的一个而被执行。即，在本实施方式的控制部80中，若断开用于指示输入燃料电池车辆的起动状态的通断的起动开关而使燃料电池系统100成为停止状态，则唤醒计时器被置位。然后，控制部80的CPU基于唤醒计时器的计测时间，以预先决定的基准的时间间隔起动，反复执行图3所示的系统停止时风速导出处理程序。此外，在执行上述的唤醒处理时，燃料电池20的发电被停止，因此在控制部80等中需要的电力从已经叙述过的2次电池被供给。
若起动本程序，则控制部80的CPU向旁通阀35输出驱动信号，而使旁通阀35开阀(步骤S110)。步骤S110中的旁通阀35的开度只要形成预先决定的恒定值即可，但从抑制旁通流路37中的流路阻力的观点来看，优选将旁通阀35形成为全开。使旁通阀35开阀，由此氧化气体供给流路31与氧化气体排出流路41经由旁通流路37而被连通。如已经叙述过的那样，在空气压缩机33中，氧化气体供给流路31的上游侧部分与下游侧部分经由空气压缩机33的旋转体收纳部170连通。因此，在执行步骤S110后，若燃料电池系统100接受风，则与接受的风的流速对应的流量的空气流入空气压缩机33内，而在氧化气体供给流路31、旁通流路37、和氧化气体排出流路41中流动。此外，如已经叙述过的那样，本实施方式的空气压缩机33配置于燃料电池车辆的前车厢内。当在燃料电池车辆的使用环境中有风吹过的情况下，主要来自车辆的行驶方向前方的风流入前车厢内。因此，构成配置于前车厢内的燃料电池系统100的各构成部接受主要来自车辆的行驶方向前方的风。然后，在步骤S110中使旁通阀35开阀，由此通关主要来自车辆的行驶方向前方的风所引起的空气的流入经由空气压缩机33产生。
在本实施方式的步骤S110中，控制部80的CPU进一步使开闭阀44闭阀。由此，从空气压缩机33流入的空气不经由燃料电池20内，而仅在旁通流路37流动。
如已经叙述过的那样，本实施方式的空气压缩机33配置于燃料电池车辆的前车厢内。因此，在本实施方式的步骤S110中，进一步进行增大未图示的进气格栅的开度(以下，包含从关闭的状态变更成打开的状态)的动作。进气格栅是用于变更向前车厢内流入的风(例如行驶风)的流入量的构造，设置于车体的前保险杠的下部。进一步增大进气格栅的开度，由此能够使流入前车厢内的风的流量增大。增大进气格栅的开度，使向前车厢内流入的风的流入量增加，由此空气向空气压缩机33的流入变得更加容易。
在步骤S110后，控制部80的CPU取得空气流量计95的检测信号，由此测定经由空气压缩机33流入氧化气体供给流路31的空气的流量(步骤S120)。在本实施方式中，为了测定经由空气压缩机33流入的空气的流量，则使用配置于比空气压缩机33靠上游的空气流量计95，但也可以形成不同的结构。例如，若在旁通流路37、氧化气体排出流路41设置流量传感器，则也可以利用该流量传感器。若是在燃料电池20发电时能够测定经由空气压缩机33导入氧化气体供给流路31的空气的流量的流量传感器，则能够与空气流量计95相同地利用。在步骤S120后，控制部80的CPU使用在步骤S120中测定出的空气的流量，求得燃料电池系统100接受的风的风速(步骤S130)，之后结束本程序。
图4是表示本实施方式的燃料电池车辆中的空气流量计95的检测值(传感器值)与燃料电池系统100接受的风的风速的关系的说明图。在本实施方式中，预先将燃料电池车辆的条件(例如，包含旁通阀35的开度、进气格栅的开度)设为恒定，并使风以各种风速与燃料电池车辆抵碰而通过实验求得传感器值。然后，基于获得的测定结果，求得表示传感器值与风速的关系的近似曲线(包含近似直线)AL，并存储于控制部80的存储器(也称为存储部)内。在图4中，示出了传感器值的实测值相对于风速的曲线与表示传感器值与风速之间的关系的近似直线的一个例子。在步骤S130中，参照上述的近似曲线(包含近似直线)AL，基于在步骤S120中测定出的传感器值，求得燃料电池系统100接受的风的风速。此外，如图4所示，在求得风速与传感器值之间的关系时，作为风速，不使用燃料电池车辆接受的风的风速，而优选使用设置有燃料电池系统100的前车厢内的风速。此时，在求得上述关系时，只要在前车厢内设置风速计即可。
在本实施方式中，控制部80的CPU在步骤S130中求得风速并在结束本程序后，复原成停止状态，之后，在唤醒计时器计测的经过时间到达了预先决定的基准时间时再次被起动，并执行系统停止时风速导出处理程序。
根据以上构成的本实施方式的燃料电池系统100，在空气压缩机33停止时，求得经由空气压缩机33与旁通流路37而从氧化气体供给流路31向氧化气体排出流路41流动的空气的流量，由此能够在燃料电池车辆和燃料电池系统100为非起动状态时，求得燃料电池系统100接受的风的风速。因此，能够不设置特别的风速传感器而不使构造复杂化，就能够求得燃料电池系统100接受的风的风速。特别是，在本实施方式中，为了测定空气压缩机33停止时的空气的流量，使用用于在燃料电池20发电时测定空气的流量的空气流量计95，因此能够抑制构造因空气的流量测定而变得复杂化的情况。
此外，在本实施方式的步骤S110中，与旁通阀35的开阀一同地使开闭阀44闭阀，但开闭阀44的闭阀不是必须的。也可以在求得风速时，将开闭阀44形成开阀状态，将经由空气压缩机33流入的空气的一部分引导至燃料电池20内的阴极侧流路内。但是，在液态水等滞留在燃料电池20内的阴极侧流路内的情况下，空气在阴极侧流路内流动时的压力损失上升，从而经由空气压缩机33流入的空气的流量可能变动。因此，从提高求得风速的精度的观点来看，优选在步骤S110中，使开闭阀44闭阀。
D.行驶时的风速的导出：
图5是表示在本实施方式的燃料电池车辆和燃料电池系统100为起动状态时，在控制部80的CPU中被执行的系统起动时风速导出处理程序的流程图。本程序在接通用于指示输入燃料电池车辆的起动状态的通断的起动开关后，被反复执行。
若起动本程序，则控制部80的CPU判断燃料电池20是否停止发电(步骤S100)。燃料电池20是否停止发电例如能够根据设置于将燃料电池20与燃料电池车辆中的未图示的驱动马达或者2次电池连接的布线的电流传感器、电压传感器的检测信号来进行判断。燃料电池20停止发电时，例如，列举燃料电池车辆暂时停车的情况、仅使用搭载于燃料电池车辆的2次电池作为驱动动力源进行行驶的情况。
在燃料电池20为发电中的(步骤S100：否)情况下，控制部80的CPU判断是否能够停止燃料电池20的发电(步骤S102)。在燃料电池车辆为行驶中时，例如，在2次电池的残余容量(SOC)为能够判断为使用2次电池作为单独的驱动动力源进行行驶的基准值以上的情况下，判断为能够停止燃料电池20的发电。另外，在通过燃料电池20对2次电池进行充电中的情况下，也可以在2次电池的残余容量(SOC)达到预先决定的基准值前，判断为不可使燃料电池20停止发电。或者，在燃料电池20发电而由此执行优先度较高的某些处理的情况下，也可以判断为不可使燃料电池20停止发电。
在步骤S102中，在判断为不可使燃料电池20停止发电(步骤S102：否)的情况下，控制部80的CPU结束本程序。另外，在步骤S102中，在判断为能够使燃料电池20停止发电(步骤S102：是)时，控制部80的CPU使燃料电池20停止发电(步骤S104)。由此，空气压缩机33也被停止。
控制部80的CPU在步骤S104中使燃料电池20停止发电后，或者在判断为在步骤S100中燃料电池20停止发电(步骤S100：是)后，执行与图3的系统停止时风速导出处理相同的步骤S110～步骤S130，之后结束本程序。由此，能够求得燃料电池车辆和燃料电池系统100为起动状态时的、燃料电池系统100接受的风的风速。
根据以上构成的本实施方式的燃料电池系统100，在空气压缩机33停止时，求得经由空气压缩机33与旁通流路37而从氧化气体供给流路31向氧化气体排出流路41流动的空气的流量，由此在燃料电池车辆和燃料电池系统100为起动状态时，能够求得燃料电池系统100接受的风的风速。因此，能够不设置特别的风速传感器而不使构造复杂化，就能够求得燃料电池系统100接受的风的风速。
此外，在燃料电池车辆为行驶中时，例如，在仅使用2次电池作为驱动动力源进行行驶中，如上述那样求得的风速成为使在燃料电池车辆行驶的环境下吹送的风的风速(以下，也称为环境风速)与因车辆的行驶而产生的行驶风的风速合并的值。
E.使用了风速的燃料电池系统的各构成部的温度的导出与液态水的滞留抑制处理：
在本实施方式的燃料电池系统100中，测定构成燃料电池系统100的各构成部的温度。若针对成为温度测定的对象的装置、部件、配管等每个构成部设置温度传感器，则部件件数增加且构造变得复杂，从而成本上升。因此，在本实施方式中，使用燃料电池车辆具备的外部空气温度传感器36检测出的外部空气温的值来求得各构成部的温度。
另外，在燃料电池系统100中，使用如上述那样求得的各构成部的温度进行各种控制。以下，作为与导出构成部的温度的动作一同地进行使用了构成部的温度的控制的一个例子，对抑制构成部中的液态水的滞留的处理进行说明。
图6是表示在控制部80的CPU中被执行的液态水滞留抑制处理程序的流程图。本程序在接通了燃料电池车辆中的已经叙述过的起动开关后，被反复执行。另外，在燃料电池车辆和燃料电池系统100为停止状态时，在进行已经叙述的唤醒处理时，与导出已经叙述过的风速的处理一同被执行。
若起动本程序，则控制部80的CPU取得燃料电池系统100接受的风的风速(步骤S200)。在本实施方式中，在通过图3和图5所示的风速导出处理导出风速时，在控制部80内的存储器暂时存储导出的风速。在步骤S200中，控制部80的CPU从上述存储器调出通过图3和图5所示的风速导出处理导出的最新的风速。之后，控制部80的CPU使用在步骤S200中取得的风速，导出构成燃料电池系统100的构成部的温度(步骤S210)。以下，对在步骤S210中执行的使用了风速的构成部的温度导出的动作进行说明。
例如，若燃料电池系统100停止并经过一定程度的时间，则构成燃料电池系统100的各构成部的温度成为与环境温度(外部空气温度传感器36的检测温度)大致相同。之后，若燃料电池系统100起动并开始燃料电池20的发电，则燃料电池20发热并升温。与此同时，构成配置于燃料电池20的周边的燃料电池系统100的各构成部因来自作为热源的燃料电池20的导热而升温。因燃料电池20的导热而引起的各构成部的每单位时间的上升温度ΔTU能够由以下的(1)式表示。
ΔTU＝受热系数×(燃料电池温度－构成部的温度)…(1)
在上述(1)式中，在燃料电池20发电时，能够取得燃料电池温度作为在制冷剂系统70的制冷剂流路71流动的制冷剂温度。另外，在燃料电池20停止发电时，将燃料电池20停止发电时的燃料电池20的温度(制冷剂温度)设为初始值，累计根据后述的散热所引起的每单位时间的降低温度ΔTD导出的温度降低量，由此能够求得。在上述(1)式中，构成部的温度可以是在反复求得该构成部的温度的动作的循环中在前次的循环中求得的构成部的温度即可。受热系数主要是由燃料电池温度、燃料电池温度与构成部的温度的温度差、构成从燃料电池向构成部导热的路径的部件的热容量来决定的值。受热系数例如可以针对每个构成部预先通过实验求得，并作为以燃料电池温度、和燃料电池温度与构成部的温度的温度差为参数的图表存储于控制部80内的存储器即可。
另外，各构成部如上述那样因导热而升温，并且因散热而降温。因散热所引起的构成部的每单位时间的降低温度ΔTD能够由以下的(2)式表示。
ΔTD＝散热系数×(构成部的温度－外部空气温)…(2)
在上述(2)式中，构成部的温度与(1)式相同。外部空气温是外部空气温度传感器36检测出的温度。散热系数主要是由构成部的温度、和构成部的温度与外部空气温的温度差来决定的值。另外，在构成部(燃料电池系统100)接受风时，构成部的温度更大幅度地降低。因此，在本实施方式中，散热系数设定为进一步考虑构成部(燃料电池系统100)接受的风的风速。散热系数例如可以针对每个构成部预先通过实验求得，并作为以构成部的温度、构成部的温度与外部空气温的温度差、燃料电池系统100接受的风的风速为参数的图表存储于控制部80内的存储器即可。而且，在求得构成部的每单位时间的降低温度ΔTD时，作为燃料电池系统100接受的风的风速，如已经叙述过的那样，利用使用在燃料电池20停止发电时经由空气压缩机33流入的空气的流量求得的值。
构成部的温度同上述的每单位时间的上升温度ΔTU与单位时间的降低温度ΔYD的差对应地升温或者降温。即，上述的每单位时间的上升温度ΔTU与单位时间的降低温度ΔYD的差成为构成部的温度的变化速度。因此，在步骤S210中，将根据上述的温度的变化速度和温度导出处理的循环时间导出的温度变化量累计于在前次的循环中求得的构成部的温度，反复进行计算当前的构成部的温度的动作，由此可不在构成部设置温度传感器，而随时间推移计算构成部的温度。
当在步骤S210中导出构成部的温度后，控制部80的CPU将导出的构成部的温度与预先设定并存储于控制部80内的存储器的基准温度进行比较(步骤S220)。该基准温度针对每个构成部而被决定为用于判断是否进行后述的液态水的滞留抑制处理的基准。
在步骤S220中，在判断为构成部的温度为基准值以下时(步骤S220：是)，控制部80的CPU在构成部中执行用于抑制液态水的滞留的滞留抑制处理(步骤S230)，之后结束本程序。另外，在步骤S220中，在判断为构成部的温度超过基准值时(步骤S220：否)，控制部80的CPU不执行滞留抑制处理，而结束本程序。以下，对针对每个构成部而进行的滞留抑制处理进行说明。
在构成部为燃料电池20时，停止发电后的燃料电池20的温度如已经叙述过的那样，通过以停止发电时的燃料电池20的温度为初始值，并累计根据每单位时间的降低温度ΔTD求得的温度降低量，由此能够求得。而且，在燃料电池20的温度成为预先决定的基准温度以下时，作为滞留抑制处理，进行扫气处理。具体而言，例如，只要控制部80的CPU驱动空气压缩机33，由此对氧化气体的配管进行扫气，并除去配管中的水分即可。或者，只要控制部80的CPU驱动喷射器55、燃料气体泵64，由此扫气燃料气体的配管，并除去配管中的水分即可。进行这样的扫气处理，由此在燃料电池20内的气体流路中能够抑制液态水的滞留，从而能够抑制气体流路中的结露、冻结。
另外，在构成部为燃料气体泵64的情况下，只要在燃料气体泵64的温度成为预先决定的基准温度以下时，驱动燃料气体泵64，由此抑制燃料气体泵64内的液态水的滞留，从而抑制结露、冻结即可。
或者，在燃料电池20停止发电中，也可以在构成部的温度成为预先决定的基准温度以下时，控制部80的CPU暂时进行燃料电池20的发电，由此对构成部进行加热。如构成部为燃料电池20、燃料气体泵64，或者连接于燃料电池20的流体的配管等的情况那样，如果受到燃料电池20的发热的影响，则使燃料电池20发热，由此能够使构成部升温。
另外，在构成部配置为从燃料电池20分离的情况下，在燃料电池20的发电过程中，例如即便在燃料电池车辆的行驶过程中，每单位时间的降低温度ΔTD超过每单位时间的上升温度ΔTU，由此可能具有构成部的温度成为上述基准温度以下的情况。在这样的情况下，也可以使燃料电池20的发热量暂时增加，由此对上述构成部进行加热。另外，控制部80的CPU也可以将已经叙述过的进气格栅形成闭状态，而实现配置于前车厢内的构成部的保温。这样，对构成部进行加热，或者实现保温，由此能够抑制构成部中的液态水的滞留，从而抑制构成部中的结露、冻结。
根据以上构成的本实施方式的燃料电池系统100，使用燃料电池系统100接受的风的风速，来求得构成部的每单位时间的降低温度ΔTD，从而计算构成部的温度，因此能够不使构造复杂化，而精度良好地导出构成部的温度。而且，使用导出的构成部的温度，判断是否进行滞留抑制处理，因此能够不使燃料电池系统100的构造复杂化，而适当地执行滞留抑制处理。
此外，在燃料电池车辆的行驶过程中，在继续构成部的温度的计算处理时，在步骤S102中，存在持续不可使燃料电池20停止发电的状态，从而持续无法求得风速的状态情况。在这样的情况下，只要在直至下次能够导出风速的期间，使用通过上次的系统起动时通过风速导出处理求得的最新的风速的值，求得已经叙述过的每单位时间的降低温度ΔTD来计算构成部的温度即可。具体的动作的概要如下。
即，在燃料电池车辆的行驶过程中，在步骤S130中求得的风速成为将环境风速与因车辆的行驶而引起的行驶风的风速合并的值。而且，行驶风的风速能够使用燃料电池车辆的车速求得。具体而言，只要预先通过实验求得燃料电池车辆的车速与因行驶(车速)而引起的行驶风的风速之间的关系并存储于控制部80内即可。而且，参照上述关系，使用当前的车速求得当前的行驶风的风速，并从在步骤S130中获得的风速减去行驶风的风速，由此能够求得环境风速。之后，当在步骤S130中不重新求得风速的情况下，只要在根据该时刻的车速求得的行驶风的风速加上上述的环境风速，由此形成燃料电池系统100接受的风的风速即可。
另外，在燃料电池车辆和燃料电池系统100为停止状态时，如已经叙述过的那样，通过唤醒处理，导出燃料电池系统100接受的风的风速，从而导出各构成部的温度。此时，例如在燃料电池车辆搭载的2次电池的残余容量(SOC)不充分的情况等下，可能产生无法执行唤醒处理的情况。在这样的情况下，无法导出考虑了风速的构成部的温度，其结果是，难以基于导出的温度执行抑制构成部中的液态水的滞留的处理。在这样的情况下，只要执行预先决定的故障安全的处理即可。具体而言，例如，在即便是预测的最严格的条件，只要能够在抑制构成部中的液态水的滞留的时机执行已经叙述过的扫气等的处理即可。
F.使用了风速的其他的控制的例子：
也可以使用在步骤S130中求得的风速，进行构成燃料电池系统100的各构成部的温度的导出以外的处理。例如，若燃料电池车辆接受来自行进方向前方的风，则产生行驶阻力。因此，若预先求得在步骤S130中求得的风速与在燃料电池车辆中产生的行驶阻力之间的关系，则能够使用在步骤S130中求得的风速，导出在燃料电池车辆中产生的行驶阻力。在这样的情况下，在基于油门开度设定相对于燃料电池20的要求发电量时，能够以导出的行驶阻力越大，要求发电量越多的方式，修正要求发电量。由此，能够不设置特别的风速传感器，而进行获得与油门开度对应的加速感的控制。
另外，在燃料电池系统100中，使清除阀66开阀，由此在从气液分离器62排出含有水与氢的气体时，使空气压缩机33的驱动量增多。由此，在氧化气体排出流路41流动的氧化废气的流量增加，因此经由清除阀66排出的氢容易进一步被稀释。此时，燃料电池系统100接受的风的风速越快，经由清除阀66被排出的氢越容易进一步被稀释。因此，当在步骤S130中求得的风速为预先决定的基准值以上时，能够进行使在使清除阀66开阀时使空气压缩机33的驱动量增加的程度进一步减少的控制。
G.其他的实施方式：
在上述的实施方式中，作为空气压缩机33，使用图2所示的所谓的涡轮压缩机，但也可以形成不同的结构。只要在空气压缩机的入口与出口不存在封闭性，在空气压缩机停止时，将连接于空气压缩机的氧化气体供给流路的上游侧与下游侧之间连通，而能够供与燃料电池系统100接受的风的风速对应的流量的空气流入即可。除了涡轮压缩机之外，例如，也可以是往复式的压缩机，只要没有气密性，则能够相同地使用。
在上述的实施方式中，如图4所示，预先存储了在空气压缩机33的停止时经由空气压缩机33与旁通流路37流动的空气的流量与燃料电池系统100接受的风的风速之间的关系，并使用该关系导出燃料电池系统100接受的风的风速，但也可以形成不同的结构。例如，也可以使用流量传感器(空气流量计95)的检测值，阶段性地掌握燃料电池系统100接受的风的风速的强弱的程度，由此进行风速的导出。而且，只要与导出的风速的强弱的阶段对应地，例如进行已经叙述过的车辆行驶时的要求发电量的修正、清除阀66的开阀时的空气压缩机33的驱动量的修正即可。
燃料电池系统100除了用作车辆的驱动用电源之外，也可以用作车辆以外的移动体的驱动用电源。或者，燃料电池系统100也可以形成安置型的发电装置。例如，即便是安置型，也接受风，由此各构成部的温度的降低的程度增大，因此能够进行以构成部的温度为对象的相同的控制。或者，能够相同地进行使清除阀66开阀时的空气压缩机33的驱动量增加的控制。此外，与在实施方式中表示的燃料电池系统100不同，存在燃料电池系统大幅受到从车辆的行驶方向前方等的特定方向以外的方向吹送的风的影响的情况。在这样的情况下，例如，只要凭借氧化气体供给流路31的吸气口的形状等而能够使来自各方向的风流入氧化气体供给流路31内即可。
本发明不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内通过各种结构实现。例如，与发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式中的技术特征为了解决上述的课题的一部分或者全部，或者为了实现上述的效果的一部分或者全部，能够适当地进行更换、组合。另外，其技术特征只要不被说明为在本说明书中是必须的，则能够适当地删除。

Claims (11)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：
燃料电池；
氧化气体供给流路，其与所述燃料电池连接，流动有向所述燃料电池供给的空气；
氧化气体排出流路，其与所述燃料电池连接，流动有从所述燃料电池排出的氧化废气；
压缩机，其设置于所述氧化气体供给流路，构成为向所述燃料电池排出空气，在所述压缩机停止时，经由所述压缩机连通所述氧化气体供给流路的上游侧与下游侧，所述上游侧位于所述压缩机的上游，所述下游侧位于所述压缩机的下游；
旁通流路，其连接所述氧化气体供给流路中的比配置有所述压缩机的位置靠下游的部位与所述氧化气体排出流路；
流量传感器，其构成为：在所述燃料电池发电时，测定经由所述压缩机而被导入所述氧化气体供给流路的空气的实际流量；
风速导出部，其构成为：在所述压缩机停止时，在空气经由所述压缩机和所述旁通流路而从所述氧化气体供给流路向所述氧化气体排出流路流动的状态下，取得所述测定出的所述空气的实际流量，从而导出所述燃料电池系统接受的风的实际风速；
温度导出部，其构成为使用所述被导出的实际风速来导出构成所述燃料电池系统的构成部的温度；以及
滞留抑制部，其构成为使用所述构成部的所述被导出的温度来执行抑制所述构成部中的液态水的滞留的处理。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：
存储部，其预先存储有在所述压缩机停止时经由所述压缩机与所述旁通流路而从所述氧化气体供给流路向所述氧化气体排出流路流动的空气的流量与所述燃料电池系统接受的风的风速之间的关系，其中，
所述风速导出部构成为：使用所述取得的所述测定出的空气的实际流量与所述存储的关系，导出所述燃料电池系统接受的风的实际风速。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述构成部包括所述燃料电池，
所述温度导出部构成为导出所述燃料电池的温度，
所述滞留抑制部构成为：在所述燃料电池的所述被导出的温度成为预先决定的基准温度以下时，驱动所述压缩机，由此对所述氧化气体供给流路与所述氧化气体排出流路进行扫气。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：
燃料气体供给流路，其流动有向所述燃料电池供给的燃料气体；
燃料气体排出流路，其流动有从所述燃料电池排出的燃料气体；
燃料气体循环流路，其与所述燃料气体供给流路和所述燃料气体排出流路连接；
喷射器，其设置于所述燃料气体供给流路；
燃料气体泵，其设置于所述燃料气体循环流路；其中，
所述构成部包括所述燃料电池，
所述温度导出部构成为导出所述燃料电池的温度，
所述滞留抑制部构成为：在所述燃料电池的所述被导出的温度成为预先决定的基准温度以下时，驱动所述喷射器与所述燃料气体泵，由此对所述燃料气体供给流路、所述燃料气体排出流路、以及所述燃料气体循环流路进行扫气。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：
燃料气体供给流路，其流动有向所述燃料电池供给的燃料气体；
燃料气体排出流路，其流动有从所述燃料电池排出的燃料气体；
燃料气体循环流路，其与所述燃料气体供给流路和所述燃料气体排出流路连接；
燃料气体泵，其设置于所述燃料气体循环流路；
气液分离器，其设置于所述燃料气体排出流路，从自所述燃料电池排出的燃料气体中将水分离出来，其中，
所述构成部包括所述燃料气体泵，
所述温度导出部构成为导出所述燃料气体泵的温度，
所述滞留抑制部在所述燃料气体泵的所述被导出的温度成为预先决定的基准温度以下时，驱动所述燃料气体泵。
6.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：
燃料气体流路，其与所述燃料电池连接；以及
升温控制部，其构成为：在所述燃料电池的停止发电中，在所述构成部的所述被导出的温度成为预先决定的基准温度以下时，进行所述燃料电池的发电，其中，
所述构成部包括设置于所述燃料气体流路的燃料气体泵、所述氧化气体供给流路以及所述氧化气体排出流路中的至少一个。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述压缩机为涡轮压缩机。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：
旁通阀，其设置于所述旁通流路；
隔断阀，其在所述氧化气体供给流路中，设置在比连接于所述旁通流路的连接部靠下游的位置；以及
流路控制部，其构成为：在所述风速导出部对所述实际风速进行导出时，使所述隔断阀闭阀，隔断空气向所述燃料电池的流入，并且使所述旁通阀开阀，以使得所述空气在所述旁通流路中流动。
9.一种移动体，其特征在于，
包括权利要求1～8中任一项所述的燃料电池系统。
10.根据权利要求9所述的移动体，其特征在于，
所述移动体为燃料电池车辆，
所述燃料电池系统配置于所述燃料电池车辆的前车厢内。
11.一种燃料电池系统的风速导出方法，该燃料电池系统具备燃料电池，
所述燃料电池系统的风速导出方法的特征在于，
在用于对所述燃料电池供给作为氧化气体的空气的压缩机停止时，使在所述压缩机流动的空气的至少一部分以绕过所述燃料电池的方式流动，并且对在所述压缩机流动的空气的实际流量进行测定，
使用预先存储于存储部的、所述压缩机停止时的在所述压缩机流动的空气的流量与所述燃料电池系统接受的风的风速之间的关系、以及测定出的所述空气的实际流量，来导出所述燃料电池系统接受的风的实际风速，
使用所述被导出的实际风速来导出构成所述燃料电池系统的构成部的温度，
使用所述构成部的所述被导出的温度来执行抑制所述构成部中的液态水的滞留的处理。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11065936B2 (en) * 2018-08-10 2021-07-20 GM Global Technology Operations LLC Vehicle thermal system architecture
JP7445401B2 (ja) 2019-09-24 2024-03-07 株式会社Subaru 燃料電池システムおよび制御装置
JP7397610B2 (ja) 2019-09-25 2023-12-13 株式会社Subaru 燃料電池システム
CN110828854B (zh) * 2019-10-25 2021-05-28 中极氢能汽车(长治)有限公司 一种氢燃料电池汽车的供氧系统及其控制方法
US11541719B1 (en) 2021-07-14 2023-01-03 GM Global Technology Operations LLC Active thermal management systems and control logic for heat exchanger storage of refrigerant
CN114551943B (zh) * 2022-01-18 2023-09-26 东风汽车集团股份有限公司 燃料电池系统空气气量控制方法及系统
DE102022110033A1 (de) 2022-04-26 2023-10-26 Röchling Automotive SE Verfahren zur Herstellung eines Vlieses mit im Vliesmaterial verlaufender Bewehrung und derartiges Vlies

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101615686A (zh) * 2008-06-25 2009-12-30 通用汽车环球科技运作公司 燃料电池系统中的自适应压缩机喘振控制
JP2016091833A (ja) * 2014-11-05 2016-05-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2016122624A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4844107B2 (ja) 2005-12-02 2011-12-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2008039704A (ja) 2006-08-09 2008-02-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 風速センサ、風量センサ、及び燃料電池システム
JP5065655B2 (ja) 2006-11-15 2012-11-07 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP5060105B2 (ja) 2006-11-15 2012-10-31 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
JP2011204447A (ja) 2010-03-25 2011-10-13 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2012060784A (ja) 2010-09-09 2012-03-22 Honda Motor Co Ltd 車両用燃料電池システム
JP5870949B2 (ja) 2013-03-21 2016-03-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP2016210382A (ja) 2015-05-13 2016-12-15 株式会社デンソー 車両用空調装置
JP6520803B2 (ja) 2015-10-08 2019-05-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの性能向上方法
US10199668B2 (en) 2015-10-08 2019-02-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and performance improvement method of fuel cell system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101615686A (zh) * 2008-06-25 2009-12-30 通用汽车环球科技运作公司 燃料电池系统中的自适应压缩机喘振控制
JP2016091833A (ja) * 2014-11-05 2016-05-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2016122624A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムの制御装置

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